Winter Strawberry LED Lighting: Spectrum Economics & Yield
Исследовательский центр сельского хозяйства и продовольствия Канады в Харроу (Harrow Research and Development Centre) опубликовал результаты эксперимента по оценке влияния спектрального состава светодиодной досветки и электропроводности поливного раствора (EC) на урожайность, биохимические показатели плодов и прямые затраты электроэнергии при зимнем выращивании садовой земляники в защищённом грунте. Данные ориентированы на тепличные комбинаты, развивающие круглогодичное производство ягоды в условиях низкой естественной инсоляции.
Параметры эксперимента и спектральные режимы
Опыт проводили в остеклённой теплице в зимний сезон 2023–2024 годов на двух ремонтантных сортах — Albion и Favori. Растения выращивали методом малообъёмной гидропоники на минераловатном субстрате. В схеме опыта сопоставили четыре варианта верхнего светодиодного досвечивания:
- красно-синий спектр с доминированием красной зоны (95% красного, узкополосный red-rich);
- розовый спектр (pink);
- тёплый белый спектр (warm white);
- нейтральный белый спектр (white) с долей зелёного излучения выше 24%.
Световой режим комбинировали с двумя уровнями электропроводности питательного раствора при капельном поливе: низким (EC = 2 мСм/см) и повышенным (EC = 3 мСм/см). Дополнительное искусственное освещение зимой формирует до 30% эксплуатационных расходов тепличного хозяйства, поэтому главным критерием оценки стал расход электроэнергии на килограмм товарной ягоды.
Влияние спектра на фотосинтез, урожайность и качество плода
Под широкополосными спектрами растения демонстрировали более высокий темп фотосинтеза и наращивали большую вегетативную массу по сравнению с узкополосным красно-синим светом. Однако при увеличении доли зелёного излучения выше 24% (вариант с белым спектром) зафиксировано угнетение фотосинтетической активности и падение прироста биомассы.
Несмотря на различия в развитии листового аппарата и скорости ассимиляции CO₂, итоговая урожайность плодов у обоих сортов не показала статистически значимой зависимости ни от спектрального состава светильников, ни от уровня минерализации поливной воды в диапазоне от 2 до 3 мСм/см.
Качественные параметры ягод отреагировали на спектр иначе: плоды под розовым и тёплым белым светом имели меньшую титруемую кислотность (TA) и повышенное соотношение растворимых сухих веществ к кислотности (Brix/TA), что улучшает вкусовой баланс десертной ягоды. Под красно-синим спектром плоды сохраняли стандартные органолептические параметры, характерные для сортов.
Энергоэффективность и себестоимость килограмма продукции
Решающий фактор для производственной экономики — фотонная эффективность светильников (мкмоль/Дж). За счёт физических характеристик прямых красных светодиодов узкополосный красно-синий спектр (95% красного) обеспечил максимальную отдачу на каждый затраченный киловатт-час.
Расчёт прямых затрат показал, что светильники с доминированием красного спектра дают минимальную стоимость электроэнергии на килограмм товарной ягоды при равной урожайности с широкополосными аналогами. Повышение доли белых и зелёных компонентов снижает световую отдачу светильника и увеличивает энергопотребление на единицу выращенной продукции без компенсирующей прибавки сбора.
Что это означает для российских тепличных комбинатов
Для круглогодичных тепличных комплексов в средней полосе России и северных регионах затраты на электроэнергию составляют существенную долю в структуре себестоимости ягод с ноября по март. Естественный световой день на широтах выше 55° в зимние месяцы практически не даёт вклада в суточный интеграл освещённости (DLI), поэтому фитосветильники работают в продлённом фотопериоде.
Результаты опыта показывают, что попытка стимулировать урожайность земляники за счёт усложнения спектра и добавления широкой белой полосы экономически не оправдана: прибавки сбора нет, а энергоёмкость системы возрастает. Подобные закономерности подтверждаются и на других культурах: посмотрите, как агрохолдинг «Добрянский» подвёл итоги опыта на огурце, где оптимизация световой отдачи помогла сократить удельную мощность системы.
Для зимних оранжерейных и гидропонных ягодных линий целесообразно разделять задачи: базовое накопление фотонов для фотосинтеза эффективнее обеспечивать светильниками с преобладанием красного спектра, минимизируя нагрузку на трансформаторные подстанции и генерацию. Практику применения систем досветки в сложных климатических условиях показывает и другой проект: фитодосветка в зимней оранжерее посёлка Таватуй Свердловской области.
Ограничения исследования
При переносе выводов в производственную программу предприятия важно учитывать граничные условия эксперимента:
- Опыт проведён в течение одного зимнего сезона (2023–2024 гг.) в исследовательской теплице климатической зоны Харроу (южный Онтарио).
- Исследование ограничено двумя нейтральнодневными сортами (Albion и Favori) на минеральной вате; сорта короткого светового дня могут реагировать иначе.
- Сравнивались уровни минерализации только в коридоре EC 2–3 мСм/см; влияние более мягких или засоленных растворов не оценивалось.
- Оценка затрат учитывала только прямое потребление электроэнергии на досветку без расчёта тепловыделения светильников в общем тепловом балансе блока.
Выводы для инженерной службы и агрономов
При проектировании и модернизации отделений зимней светокультуры земляники необходимо учитывать следующие аспекты:
- Приоритет энергоэффективности: светильники с максимальным показателем мкмоль/Дж (красно-синие модули с долей красного около 95%) обеспечивают наименьшую себестоимость килограмма зимней ягоды по статье электроэнергии.
- Ограничение доли широкого спектра: белые светодиоды с долей зелёного излучения выше 24% снижают фотосинтетическую отдачу и увеличивают требуемую электрическую мощность без прироста урожая.
- Управление качеством: если розничный контракт требует повышенного сахаро-кислотного индекса (Brix/TA), включение дозированного тёплого белого спектра служит инструментом коррекции вкуса, но повышает затраты на досветку.
Источники
